故障案例 | 一起220kV变压器低压绕组断线故障的分析处理

1 引言干式变压器的绕组由带绝缘层的电磁线按一定排列规律和绕向，经绕制、整形、浸烘及套装而成。由于电磁线在生产和运输过程中经常出现一定程度的质量问题，如绕组绕制过程中未坚持正确操作方法、浸烘及套装不当、运输过程受损伤、干式变压器运行中绕组受潮等，致使绕组绝缘受到一定程度的损伤或绝缘老化、劣化，引起绕组各种故障的出现，导致干式变压器带病运行或因损坏停止运行。笔者结合现场一起220kV干式变压器重瓦斯保护动作跳闸，进行了相关例行和诊断性试验，准确判定了故障部位和原因，并及时进行返厂解体确认，对故障绕组进行了修复，提出了预防此类事故的综合防范措施。 2 干式变压器故障的特征干式变压器型号为 SFSZ10-180000/220,2008 年 9月27日投入运行。2011年9月26日14时20 分，在正常运行中（系统无任何操作，负载约为额定值的1 /6）,本体重瓦斯、压力释放阀和轻瓦斯动作。现场对干式变压器外观检查，气体继电器内有少量气体，本体两个压力释放阀均动作，无电气量保护动作信号，其他未发现箱体变形等异常现象。 3 试验数据的初步分析为查清故障的部位及性质，分别取本体油样、瓦斯气样进行色谱分析；现场对干式变压器进行绕组直流电阻、介质损耗、铁心绝缘电阻及短路阻抗法绕组变形等试验项目，发现干式变压器油中特种气体含量异常、低压绕组短路阻抗异常、低压绕组三相直流电阻严重不平衡。3.1 关于油色谱结果的初步分析干式变压器故障前后油、气体相色谱分析结果如表1所示。 

由表1可以看出，故障后油中特征气体组分明显升高，其中乙炔的含量占总烃的主要成分，且乙炔和总烃均超出《输变电设备状态检修试验规程》规定的注意值;乙炔/乙烯、甲烷/氢气、乙烯/乙烷三对比 值的编码是10 2,比较26日15点和19点相继两次色谱数据发现，油中溶解气体组分含量不断增高, 且乙炔含量增长较快，结合气体继电器内气样含有可燃性气体组分，初步判断干式变压器内部存在突发性 高能量电弧放电故障；而一氧化碳和二氧化碳含量变化不大，铁心及绕组绝缘电阻等测量试验合格，判定该故障未涉及固体绝缘，可能集中在有载调压开关和干式变压器绕组等部位。3.2关于短路阻抗法绕组变形测试的初步分析现场采用短路阻抗法对干式变压器进行了绕组变形测试，测试结果如表2所示。                 表2干式变压器短路阻抗    

从表2数据可以看出，涉及低压绕组的高-低、中-低短路阻抗值明显增大，相对误差严重超标，判断低压绕组可能存在故障。3.3关于绕组直流电阻不平衡的初步分析现场测量干式变压器三侧绕组的三相直流电阻，与上次例行试验测试结果对比如表3所示。                          表3干式变压器绕组直流电阻测试结果对比

比较表3中的数据可以发现，高、中压两侧直流电阻纵比、横比均在合格范围以内，低压绕组线电阻测量值三相不平衡率高100%，换算为相电阻后， 发现 A 相电阻 Ra为 9 235.405 mΩ,,且Rab≈Rb，Rbc≈Rc,,Rca≈Rab+Rbc，由干式变压器低压绕组接线图（图1 ）可初步判断，低压绕组A相可能存在断线故障。  图1 干式变压器低压绕组接线图 4 干式变压器故障部位的进一步确认与修复根据现场试验情况，决定将该干式变压器返厂进行解体检查。返厂首先进行吊罩检查，器身外部未发现异常。10月2日，器身脱油完毕，出罐后做进一步外部检查，仍未发现异常。断开干式变压器低压绕组串联的电抗器和首、末端连接引线，直接测量绕组相电阻，数据为 Ra= ∞" ,Rb=5.25mΩ,Rc=5.46mΩ,可以确定低压绕组A相存在断线故障。10月3日，对干式变压器绕组进行解体检查，逐步拆除高、中压侧绕组，均未见异常。拆除中压绕组与低压绕组之间的围屏时，发现A相绕组有两层围屏烧穿（图2）。继续解体发现低压绕组A相在第一挡到第二挡之间,20到21匝出现了整匝熔断现象，22匝的第3饼与23匝的第1 饼出现整饼熔断现象（图3）；第22到第28匝在第 一挡到第二挡之间出现了部分导线熔断，绕组导线 绝缘整体出现大面积碳化和游离碳的现象（图4）。故障点确认后，对该干式变压器低压绕组进行了整体更换，更换了部分受损的绝缘件，修复后的干式变压器返回变电站安装投运后运行良好。                                               图2  围屏击穿                图3 整匝熔断现象                                    图4 部分熔断         5 原因分析及改进措施5.1干式变压器低压绕组基本结构该干式变压器低压侧绕组基本参数如下：容量 为60MVA ,额定电压为10.5kV ,额定相电流为1 904.8A,匝数为50匝。导线为纸包铜扁线,三螺旋 18根并绕，其中轴向3根,辐向6根；28挡30宽垫块；绕向为左绕。换位形式为不等距换位，绕组进行2次完全换位，共36次换位。导线为某厂2007年成品线，一匝为18根小导线并联。基本结构如图5所示。                                               图5 干式变压器低压绕组结构图 5.2原因分析解体可见故障起始点位于第20匝，故障发生后扩展至其他线饼。经查阅图纸和对照实物分析，故障点处无换位等结构。在正常工作状态下，该干式变压器匝间电压通常在200V左右，无论在空载还是负载状态下，该电压值基本不变。分析造成低压绕组断股的原因为，厂家低压绕组所用电磁线存在质量问题。在A相第20匝处可能存在毛刺、绝缘破损或其他缺陷，致使该点发生股间短路，存在短路环，随干式变压器运行短路环电流慢慢增大，导致该处股间绝缘损坏，股间短路范围逐步扩大，较终向下发展为匝间短路， 造成低压绕组A相整匝发生熔断。也就是说，低压绕组先发生局部股间短路，随着时间推移和负载增大，逐步扩展为匝间短路。6 结束语大型干式变压器是电力系统中的重要设备，一旦发生故障，对电力系统的安全供电影响较大。当干式变压器遭到不同程度的损坏时，需根据现场情况进行相关试验，根据试验结果综合分析，尽可能快速、准确地判别故障的性质和程度，以便及时制定修复方案，迅速恢复运行。干式变压器制造厂家亦应采取相关技术措施，对干式变压器附件、材料加强验收把关，确保干式变压器安全运行。

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